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三元材料是指由三种化学成分（元素），组分（单质及化合物）或部分（零件）组成的材料整体。在锂电池的正极材料中其一般均指的是化学组成为LiNixXyCozO2的材料。其中X为Mn（锰）时就是NCM（俗称镍钴锰酸锂），而X为Al（铝）时指的就是NCA（俗称镍钴铝酸锂）。一、行业总述1、三元材料行业定义三元材料是指由三种化学成分（元素），组分（单质及化合物）或部分（零件）组成的材料整体。在锂电池的正极材料中其一般均指的是化学组成为LiNixXyCozO2的材料。其中X为Mn（锰）时就是NCM（俗称镍钴锰酸锂），而X为Al（铝）时指的就是NCA（俗称镍钴铝酸锂）。而所谓111、532、622和811等型号则均指的是NCM材料中x、y、z三个数字的比例，比如622中的x：y：z就等于6：2：2，其化学组成就是LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2。材料的微观结构来看，NCA和NCM非常类似，但是由于其中真正走向产业化规模制造的目前只有松下为首在使用的LiNi0.8Al0.05Co0.15O2，因而最后NCA就演变成了对它的特指。图：典型的锂电池正极材料NCM和NCA本质上都是为了解决钴酸锂（LiCoO2）或镍酸锂（LiNiO2）层状结构的稳定性问题，锰元素和铝元素在其中均起到支撑结构的作用，其中锰的掺入可以引导锂和镍层间混合，因此改善材料的高温性能；铝的掺入则在一定程度上可以改善材料的晶格结构，减少塌陷，进而改善其循环稳定性。两条技术路线本身并没有什么高下之分，甚至NCM由于Mn的稳定性更好还可能有着安全性上的优势，未来谁是三元材料的发展趋势关键还是得看产业化应用后谁的Ni含量更高。正极三元材料与钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂性能比较：2、三元材料产业链图以三元电池NCM为例，产业链上游包括三元前驱体和相应的矿产资源（锂矿、钴矿、锰矿和镍矿），中游包括三元正极材料、电解液、负极材料、隔膜及其他，下游主要应用在3C电子、新能源汽车、储能蓄电池【1】。【1】储能蓄电池：指使用于太阳能发电设备和风力发电设备以及可再生能源储蓄能源用的蓄电池。图：三元材料（NCM）产业链图从我国锂电池应用领域看，动力、储能以及3C等产业快速发展已成为驱动锂离子电池产业发展的主要驱动力，且动力和储能领域对锂电池的需求增速在不断加快。1）3C领域仍是锂离子电池的最主要下游消费终端，但增速开始逐渐趋缓，3C领域三元电池的使用量较少，主要是钴酸锂电池；2）新能源汽车市场快速发展，动力型锂电池成为正极材料市场主要支撑，增量明显。三元电池作为未来动力电池的主流发展方向将直接受益于新能源汽车市场的高速增长，也是未来三元材料需求的主要增长点；3）储能蓄势待发，成长空间即将打开。预计2015-2018年储能领域锂电池正极材料的市场需求量年复合增速将超过40%。3、三元材料行业发展现状3.1三元材料市场概述受下游新能源汽车产量的快速增长、3C电子产品出货量的稳定增长带动，我国正极材料的产量及产值呈现出了快速增长势头。2016年，我国锂电池正极材料产量为16.16万吨，同比增长43.14%；2010年至2016年，年复合增长率高达36.48%。而行业产值则从2010年的57亿元增长到2016年的208亿元，年复合增长率高达24.08%。受动力锂电池快速发展的支撑，三元材料呈现快速发展势头，且受下游动力市场的需求影响，新型高电压正极材料以及高镍三元材料开始受到厂家的重视，研发力度加大，并逐步开始推向市场。统计数据显示，2016年中国锂电三元材料产量5.43万吨，同比增长48.8%；产值79.8亿元，同比增长超过60%，在四种正极材料中其产值占比最高。受2016年初政府暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广目录的政策影响，2016年三元材料电池配套量占比较2015年下降8%，主要系三元材料电池在纯电动专用车上应用的减少，数据显示，2016年三元材料电池在专用车上的占比从58.99%跌至24%，磷酸铁锂电池的占比却从36.25%增加至71.12%。随着三元电池在客车的解禁，三元电池的突出优势更加明显，尤其是在乘用车和专用车领域，2017年1-5批新能源汽车推广目录中，乘用车和专用车三元占比均超过70%。图：2015年和2016年动力电池配套占比比较3.2三元材料技术路线目前三元正极材料主要包括两种技术路线，即以镍钴锰酸锂为正极的NCM路线和以镍钴铝酸锂为正极的NCA路线。NCM和NCA本质上都是为了解决钴酸锂（LiCoO2）或镍酸锂（LiNiO2）层状结构的稳定性问题，锰元素和铝元素在其中均起到支撑结构的作用，对容量的提升相对有限。其中锰的掺入可以引导锂和镍层间混合，因此改善材料的耐高温性能；铝的掺入则在一定程度上可以改善材料的晶格结构，减少塌陷，进而改善其循环稳定性。（1）镍钴锰酸锂（NCM）NCM根据组分可以分为两个基本系列：低钴的对称型三元材料和高镍的三元材料两种类型。前者的Ni/Mn两种金属元素的摩尔比固定为1，以维持三元过渡金属氧化物的价态平衡，代表性的产品是333和442三元材料。这类材料由于Ni含量较低Mn含量较高晶体结构比较完整，因此具有向高压发展的潜力；高镍的三元材料由于采用氢氧化物共沉淀工艺使得Ni，Co和Mn三元素在前驱体里面实现了原子尺度的均匀分布，高镍三元目前有代表性的组分有622、701515和811这几种。811的物性和NCA非常相似，在全电池中的实际克容量发挥可以超过190mAh/g相当可观。虽然提高镍含量可以提升容量，但负面作用也同样非常明显。随着镍含量的升高，Ni在Li层的混排效应也更加明显，将直接恶化其循环性和倍率性能【2】。而且提高镍含量使得晶体机构稳定性变差，表面残碱含量也随之升高，这些因素都会导致安全性问题比较突出，尤其是在高温测试条件下电芯产气非常严重。【2】倍率性能：指不同充放电电流下的电池放电性能。高镍的产业化技术难点，在于前驱体的生产和产物的烧结，以及表面处理工艺这些方面，其中三元材料技术含量60%体现在前驱体的制备工艺。前驱体制备必须严格控制气氛以及络合剂浓度，否则镍含量将偏离化学计量比，导致前驱体碳含量偏高，而前驱体的品质（形貌、粒径、粒径分布、比表面积、杂质含量、振实密度等）直接决定了最后烧结产物的理化指标；烧结工艺主要体现在掺杂物的选择、烧结程序温度和气氛的控制。NCM生产工艺流程：（2）镍钴铝酸锂（NCA）三元NCA材料，国外起步较早，国内的起步较晚。根据GGII的统计，截至2016年末，国内从事NCA生产的企业数量超过了15家，大多数处于建设发展初期，少量企业处于小批量生产送样检测的阶段，与日韩存在明显的差距。目前特斯拉电动汽车采用的为日本松下的NCA电池，带动了全球的NCA生产的热潮，目前国内NCA生产量为几百吨左右。图：2016年末国内NCA材料企业的进展NCA材料的工业化生产技术难度在于首先需要掌握前驱体的共沉淀工艺，其次是需要有比较独特的Al掺杂技术，并且烧结程序温度和气氛的控制也较高。除了材料方面的因素，电池生产工艺也需要与NCA材料匹配，NCA材料由于表面的碱性物质含量很高，因而非常容易吸潮，所以要求匀浆涂布车间要非常严格地控制水分，防止在匀浆过程中浆料容易形成果冻状，而导致无法涂布；此外，还需要在匀浆过程中采取一些特别的措施，比加入少量草酸来改善浆料凝结，松下公司还在NMP里面加入一种特殊的助溶剂，来改善打浆过程中的团聚。另外，与NCA对电解液的匹配性有较高要求，否则电芯胀气将比较严重，高温循环和存储也很难过关。4、三元材料未来发展趋势技术趋向高镍化：三元材料中镍元素含量的增加会增加材料容量，而综合性能受到镍钴锰三种元素的比例影响较大，未来在对电池能量密度需求不断提升的背景下，三元材料将向高镍化方向发展。但是同时考虑到镍含量增加会影响产品结构稳定性、热稳定性和循环性能，因此高镍化趋势更加考验企业对产品的把控能力。表：不同类型NCM材料的比容量行业集中度提高，中低端竞争更加激烈：工信部在2016年推出《汽车动力电池行业规范条件》（征求意见稿），对于下游的动力电池企业提出了年产8GWh的基本要求，相对于原先的要求提高了40倍，这项政策将会极大地促进产业的集中，与动力电池相关的磷酸铁锂和三元材料企业，纷纷推出了扩产计划，加剧了行业洗牌。同时伴随着规模化效应，动力电池企业的电池成本下降，必将对上游的正极材料企业成本造成冲击，要求正极材料企业能够满足动力电池企业对更高性能材料的要求。预计未来可能有价格战，中低端正极材料产能过剩，技术水平较高的龙头公司能满足动力电池企业对更高性能材料的需求，市场集中度进一步提升，表现出强者恒强。二需求侧分析1、过去5年市场量数据分析受益于国内电动车用动力电池、3C电池的钴替代、电动工具、电动自行车等快速增长的影响，带动中国三元材料市场需求的持续快速增长。2016年中国三元材料市场规模和销量分别达到79.8亿元、5.43万吨，同比2015年分别增长68%、49%。三元电池市场产量的增长主要受新能源乘用车、锂电自行车、中低端数码锂电池等市场带动，而市场产值的增长高于产量的增长主要系以下原因：a）2016年新能源汽车动力电池保持高速增长，乘用车对三元材料需求量增速加快；b）镍、钴金属价格全年呈现上涨趋势，其中镍金属年底价格同比年初上涨超过2万元/吨，钴金属上涨超过6万/吨，因此拉动三元前驱体及成品材料价格上涨；c）高镍材料如622、811、NCA产能逐步释放并形成销量，其价格同比常规型号532高1.5万元/吨以上，因此带动总产值上涨；d）2016年下半年钴酸锂价格大幅度上涨，部分数码电池企业为节省成本，加大在中低端数码领域采用三元材料替代钴酸锂。2、未来5年预测市场量数据分析2016年我国新能源汽车处于政策调整期，受清查骗补、三元电池暂缓用于商用车、电池目录、补贴政策调整、纯电动物流车推荐目录暂缓发布等政策影响，新能源汽车增速36.41%，低于年初预期。但从全球来看，中国新能源汽车市场仍是全球增长最快的市场。根据工业和信息化部的最新要求，自2017年1月1日起，三元电池在客车上的应用解禁，三元材料有望保持高速增长。2021年国内三元材料市场规模预计达到378亿元，年复合增长率36.49%，主要来自动力电池需求的增长。政策推动三元材料成为必经之路，根据《促进汽车动力电池产业发展行动方案》，到2025年，新体系动力电池技术取得突破性进展，单体比能量达500瓦时/公斤。目前来看，三元是最有可能达到相关要求的技术路线。根据产业信息网预测，2019年三元材料将与磷酸铁锂各占半壁江山，2020年三元材料市场占比将超过55%。3、市场需求整体情况在纯电动乘用车方面，三元材料依然仍占据主导地位，2016年配套量占比达55.95%。虽然相比2015年时，占比降低了2.7%左右，但是其配套量却翻了两番，达到4.65GWh。国内三元材料型号以532为主，而532三元材料，原本是三星SDI为了规避美国3M的专利而开发的组分，却成为了市场上最畅销的三元材料。从电池形状上来看，国内圆柱三元电池普遍采用NCM532，采用叠片工艺的三元动力电池采用NCM111，其中三元圆柱的产量大于方形叠片电池。4、主要需求者与特点锂离子电池电芯的核心结构包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜等。具体来看，正极材料在电芯制造成本、质量中占比最大，直接决定着动力电池产品的安全性、能量密度等各项性能。动力锂电池行业集中度明显提升：工信部已经陆续公布第292至297批《道路机动车车辆生产企业及产品》目录，目录中共有1,743款新能源汽车入选。其中排名前五名电池企业配套车型数量超过总数量的50%，绝大多数车型集中在CATL、沃特玛、北京国能、中信国安以及国轩高科，其中CATL在今年来每个批次的目录中车型配套数量均为第一，CATL在客车和乘用车领域配套车型数量均为第一，专用车方面则沃特玛、北京国能和CATL车型居多。图：推荐目车型配套数量电池厂商扩产步伐坚定：根据公开资料显示，电池厂商均有明确的产能规划。目前4大产能电池厂商分别是比亚迪、CATL、